专利名称：用于大尺寸零件的高性能钢的制作方法
用于大尺寸零件的高性能钢本发明涉及高强度钢，特别是用于制造大尺寸零件，如塑料用模具的零件、工 具零件如压模，或耐磨零件如抗磨蚀零件的高强度钢。对于许多用途，受到高应力或受到极高磨损载荷的机械零件必须由具有高机械 强度(对应于300至500HB的硬度)但仍必须保持足够坚韧、可机械加工、可焊等的钢 制造。通常通过切削和机械加工大厚度的板材或坯块来获得这些零件。通过锻造锭料， 获得具有大致平行六面体形状的坯块。通过轧制锭料或板坯，获得板材。对于这些大致平行六面体形状的制品，厚度是最小维度。对于此处所述的坯块 或板材，厚度大于10毫米并且可高达1米。由于偏析，在由上述钢构成的这种类型的坯块或板材上常观察到硬点的存在。 这种偏析对应于由制造该坯块用的锭料的凝固现象引起的化学组成的局部变化。这些硬 点具有若干缺点。它们可能具有使均勻机械加工或抛光变困难的作用，这在几何精度和 表面品质重要的零件的制造中可能造成问题。这些硬度变化也可能具有造成脆性区域的 作用，所述脆性区域可以是裂纹萌生的优先位点，所述裂纹对该零件的总体韧性以及对 该零件的可焊性或热切割适宜性是特别有害的。所述零件的截面越大，这些偏析问题就越显著。截面高达几分米或甚至大于1 米的零件尤其如此，特别是由于需要添加大量合金化元素才能获得制造此类零件所需的 充足淬透性。为了降低这些偏析区的尺寸，有时使用电渣重熔(ESR)或真空重熔类型的锭料 制造方法。这些方法特别有效地获得非常均勻的大尺寸零件，这些零件因此具有令人满 意的使用性能。但是，它们的缺点是极其昂贵。因此，这些方法基本上用于极高性能的 零件，鉴于这些零件的用途，它们与极高的制造成本相称。为了降低这种偏析的影响，也已经提议使用均勻化热处理。这些热处理的目标 是通过使化学元素从具有最高含量的区域向具有最低含量的区域扩散来减轻化学组成的 局部变化。它们的缺点是极为耗时，因此极其昂贵。本发明的目的是通过提供用于获得高机械特性的钢来克服这些缺点，其甚至在 极大零件的芯部也可高达400HB或甚至450HB，同时具有相对轻微的由偏析引起的硬度变化。本发明相应地涉及一种高强度钢，按重量计其化学组成包含0.03% <C < 0.2%Si<0.49%3%< Mn<4%Ni<0.9%1% <Cr<5%Mo+W/2<l%Cu<0.9%S+Se/2+Te/3 < 0.020%
Al<0.1%,余量是铁和来自制造过程的杂质。该化学组成优选满足一个或多个下列条件Cr > 2.5%Cr < 3.5%Ni < 0.5%Cu < 0.4%Mo+W/2《0.3%。特别地，在优选实施方案中，该化学组成使得2.7% <Cr<3%Mo《0.3%。本发明还涉及具有大于10毫米的厚度和贝氏体、马氏体_贝氏体或马氏体组织 的根据本发明的钢坯块或板材，由偏析脉引起的该坯块或板材的硬度较大区与硬度较小 区之间的硬度差小于该坯块的平均硬度的约20%。本发明最后涉及制造根据本发明的钢坯块或板材的方法，由此在通过锻造或轧 制的热塑性变形进行成型后，通过空气冷却进行淬冷或进行奥氏体化并随后通过空气冷 却淬冷。本发明特别适用于制造厚度大于10毫米且通常大于20毫米的板材或坯块。该 厚度可超过100毫米，甚至超过150毫米、甚至300毫米、甚至500毫米。其也可以高 达1米。现在参照唯一的附图
以更详细但非限制性的方式描述本发明，并通过实施例进 行举例说明。附图是显示在550°C进行回火后(线条1)或在低于500°C进行回火后(线条2) 的本发明的高性能钢的期望碳含量相对于期望硬度的坐标图，其基本组成为0.15%的 硅、3.3%的锰、3%的铬、0.25%的钼，并且是针对在900°C下正火后已空气冷却的坯 块。为了制造具有极大厚度的零件(该厚度大于10毫米，可能高达500毫米或甚至 超过1米)，且为了使芯部与表面之间的平均硬度极其均勻，必须使用其淬透性为无需在 极苛刻的淬冷介质中进行淬冷就足以获得均勻组织的钢。淬冷介质越苛刻，该坯块内的 冷却速率变化越大，因此获得不均勻组织的风险越大。但是，当淬透性足够时，造成表 面和芯部之间相对适度的冷却差异的空气冷却(特别是静止空气冷却)产生因此极其均勻 的令人满意的组织。这些淬冷条件显然不会对由偏析引起的硬度局部变化问题具有直接 影响。为了实现足够的淬透性，通常认为必须使用具有高的合金化元素含量的化学组 成。但是，这些合金化元素具有诱发可能显著的偏析的作用。尽管通常认为，合金化元素的偏析倾向越大，它们对偏析脉的硬度差的影响越 大，但本发明人已经以完全新颖且出乎预料的方式发现，合金化元素在偏析脉内过硬化 的剧烈程度和这些合金化元素各自的偏析倾向之间没有相关性。通过下列试验说明合金化元素的偏析倾向和它们对偏析脉的硬度的影响，在所述试验中，将钢分六批铸造成具有表1中所示的以10-3重量％表示的组成的3吨锭料。表 权利要求
1.高强度钢，其化学组成包含，按重量计 0.03% ≤C < 0.2%Si≤0.49% 3%< Mn≤4% Ni<0.9% 1% ≤Cr≤5% Mo+W/2≤l% Cu≤0.9%S+Se/2+Te/3 < 0.020% Al≤0.1%,余量是铁和来自制造过程的杂质。
2.根据权利要求1的高强度钢，其特征在于该化学组成使得 Cr > 2.5%。
3.根据权利要求1或权利要求2的高强度钢，其特征在于 Cr < 3.5%。
4.根据权利要求1至3任一项的钢，其特征在于 Ni < 0.5%。
5.根据权利要求1至4任一项的钢，其特征在于 Cu < 0.4%。
6.根据权利要求1至5任一项的钢，其特征在于 Mo+W/2≤0.3%。
7.根据前述权利要求任一项的钢，其特征在于该化学组成使得 2.7% ≤Cr≤3%Mo≤0.3%。
8.具有大于或等于10毫米厚度和如权利要求1至7任一项所述组成的钢坯块或板材， 其特征在于该钢具有贝氏体、马氏体-贝氏体或马氏体的组织，并且其特征在于，该坯 块或板材的由偏析脉引起的硬度较大区域和硬度较小区域之间的硬度差小于该坯块的平 均硬度的20%。
9.制造根据权利要求8的钢坯块或板材的方法，其特征在于，在通过锻造或轧制经热 塑性变形进行成型后，通过空气冷却进行淬冷。
10.制造根据权利要求8的钢坯块或板材的方法，其特征在于，在通过锻造或轧制经 热塑性变形进行成型后，进行奥氏体化并随后通过空气冷却进行淬冷。
全文摘要
高强度钢，按重量计其化学组成包含0.03％≤C＜0.2％，Si≤0.49％，3％＜Mn≤4％，Ni≤0.9％，1％≤Cr≤5％，Mo+W/2≤1％，Cu≤0.9％，S+Se/2+Te/3＜0.020％，Al≤0.1％，余量是铁和来自制造过程的杂质。获得的坯块和板材。
文档编号C22C38/22GK102016097SQ200980114450
公开日2011年4月13日 申请日期2009年5月5日 优先权日2008年5月6日
发明者J·贝吉尼奥, V·恩戈莫 申请人:克勒佐工业钢铁公司